哈希函数 – 你需要了解的关于这项关键技术的所有信息

在密码学和区块链中，哈希不仅仅是一个技术术语——它是将系统维系在一起的基础。但它究竟是什么呢？

哈希函数的作用是什么？

哈希函数是一种数学算法，它将任意大小的数据转换为固定长度的输出。可以把它看作是一种工具，无论你输入多少信息，它总是产生相同大小的“指纹”。

有两种主要类型的哈希函数：传统和密码学哈希函数。后者是推动区块链和安全系统发展的关键。这些函数的一个核心特性是它们是确定性的——相同的输入总是生成相同的输出。没有变化，没有惊喜。

但这里有一个真正有趣的地方：加密哈希函数被设计为单向函数。这意味着从输入生成哈希是简单的，但几乎不可能反向操作——仅凭哈希恢复原始数据。你需要数百万年的计算能力才能尝试。

它在实践中如何运作？

取 SHA-256，它在比特币中使用。该哈希函数始终生成256位输出。如果你将单词“Bitcoin”输入其中，将得到一个结果。只需将一个字母更改为“bitcoin”，整个结果就会急剧变化——尽管输入几乎是相同的。

这里是示例：

• 输入： “比特币” → 输出： c6047f944b970d40c98bdf66dedfb86191c0f867b4d6fdbb76efad1e107efc41
• 输入： “bitcoin” → 输出： 6b88c08733550c7e2e7e9f39b8d5b3e2c1a8d5f6g7h8i9j0k1l2m3n4o5p6q7

SHA-256是SHA-2组的一部分。还有SHA-1和其他变种，但目前仅将SHA-2和SHA-3视为对现代应用程序足够安全。

为什么哈希如此重要？

哈希函数解决了一个基本问题：如何验证大量数据没有被篡改，而不需要存储所有数据？答案是：你使用哈希值。

一个小的哈希可以代表一个千兆字节的数据。如果有人改变了原始数据的哪怕一位，哈希也会完全不同。这使得欺诈变得不可能而不会被揭露。

在比特币中，哈希算法无处不在：

• 为了将交易链接在一起
• 为了在区块内创建Merkle树
• 以在链中链接区块
• 为了确保一切保持不变

三个安全支柱

一个强健的密码学哈希函数必须具备三个特性：

碰撞抗性：找到两个不同的输入产生相同的哈希几乎是不可能的。从理论上讲，碰撞总是存在的——输入的可能性是无限的，但输出是有限的。然而，一个安全的哈希函数使得这变得极其困难，以至于所需的时间超过宇宙的年龄。

预映射抗性：给定一个哈希值，你无法反向推导出原始值。这就是单向函数对于密码和认证而言如此有价值的原因。

第二预映抵抗性：你无法找到一个全新的消息，其生成的哈希与另一个已知消息相同。这在难度的另外两个属性之间。

挖矿：当哈希与经济相遇

比特币挖矿是哈希真正展现其力量的地方。矿工必须为他们的候选区块找到一个哈希值，该值以一定数量的零开头。这称为满足难度。

没有捷径 – 你只需一个接一个地尝试输入，直到成功。如果网络的总计算能力 (hashhastigheten) 增加，难度会自动调整，以确保区块生成大约每十分钟一次。

有趣的是，矿工不需要找到独特的碰撞。一个区块有许多有效的解决方案——只要满足难度标准的任何解决方案都可以。首先到达目标者获胜。

这个过程使比特币更加稳健。投入到网络中的计算能力越多，它就变得越安全。由于挖矿在经济上是昂贵的，因此试图作弊是一个坏主意。

结束语

哈希不仅仅是一个技术奇观——它是区块链技术的支柱。与加密技术一起，哈希函数在一个否则不可能实现的规模上提供安全性和验证。无论你对比特币、以太坊还是其他任何区块链协议感兴趣，几乎可以肯定强大的哈希函数在幕后工作，维持着系统的运行。